基于平流層準(zhǔn)靜態(tài)衛(wèi)星基站的增強(qiáng)傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域的覆蓋和容量增強(qiáng)技術(shù)，尤其涉及一種利用平流層準(zhǔn)靜 態(tài)衛(wèi)星基站來增強(qiáng)傳統(tǒng)衛(wèi)星通信覆蓋和系統(tǒng)容量的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星通信由于不受地理?xiàng)l件的限制，具有應(yīng)用靈活，覆蓋范圍廣，通信容量大、傳 輸質(zhì)量好、組網(wǎng)方便迅速，能夠?qū)崿F(xiàn)全球無縫鏈接等眾多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是建立全球個(gè)人通信 必不可少的重要手段。隨著衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)需求的不斷增加，尤其以數(shù)據(jù)為核心的寬帶多媒 體業(yè)務(wù)高速發(fā)展，對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)提出了高覆蓋率、大容量以及更高QoS保證能力的需求，衛(wèi)星 的局部覆蓋遮蔽嚴(yán)重和通信容量不足問題日益突出。如何基于現(xiàn)有衛(wèi)星平臺(tái)提高衛(wèi)星鏈路 的覆蓋和衛(wèi)星通信系統(tǒng)的容量成為提升系統(tǒng)能力的重要著手點(diǎn)。
[0003] 在增強(qiáng)鏈路覆蓋方面，傳統(tǒng)的方法重要有兩種：一是在地面安裝固定中繼基站，二 是利用多顆衛(wèi)星或用戶間進(jìn)行協(xié)同通信。在地面安裝中繼基站的方法，解決了局部鏈路覆 蓋問題，但在頻率選擇和選址方面經(jīng)常會(huì)與地面通信系統(tǒng)發(fā)生沖突，成本很高，實(shí)現(xiàn)也不夠 靈活。利用多顆衛(wèi)星或用戶間進(jìn)行衛(wèi)星間的協(xié)同通信也存在諸多不足，例如星上載荷和地 面終端的處理能力和功率都非常受限，協(xié)同會(huì)帶來大量的資源開銷，通信效率較低。
[0004] 在增加衛(wèi)星系統(tǒng)容量方面，傳統(tǒng)的方法主要是提高星載設(shè)備的信號(hào)處理能力和提 高鏈路帶寬。雖然現(xiàn)今衛(wèi)星載荷的能力比以前有了大幅提高，但由于衛(wèi)星一般使用壽命較 長（10年左右），即使在設(shè)計(jì)時(shí)使用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的芯片和信號(hào)處理設(shè)備，也不能趕得上地面 新技術(shù)的迅速發(fā)展和用戶需求的急劇增加。隨著衛(wèi)星通信頻段選擇的不斷提高（初始的 UHF、L、S頻段到現(xiàn)今的Ku、Ka甚至更高的光頻段），系統(tǒng)的容量確實(shí)增加了，但繼續(xù)依靠提 高頻率來增加系統(tǒng)容量的方法帶來了諸多問題，例如高頻段信號(hào)大氣層衰減和障礙物遮蔽 嚴(yán)重、終端天線跟蹤復(fù)雜和星上載荷無法處理巨大的信息流量等等。
[0005] 在平流層放置準(zhǔn)靜態(tài)衛(wèi)星基站（下文簡稱基站）來增強(qiáng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的覆蓋范 圍，提高系統(tǒng)的信號(hào)傳輸質(zhì)量，進(jìn)一步通過基站對(duì)信息進(jìn)行處理轉(zhuǎn)發(fā)或通過基站建立多條 用戶鏈路可以大幅度提高通信系統(tǒng)的用戶容量和QoS體驗(yàn)。能夠快速響應(yīng)任務(wù)需求，進(jìn)行 靈活發(fā)射組網(wǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于平流層準(zhǔn)靜態(tài)衛(wèi)星基 站的系統(tǒng)傳輸增強(qiáng)理念，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)覆蓋和容量增強(qiáng)。
[0007] 本發(fā)明方法的具體步驟如下：
[0008] A1、地面運(yùn)控中心站依據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃或應(yīng)急通信需求，在指定區(qū)域上空部署平流層 準(zhǔn)靜態(tài)衛(wèi)星基站；
[0009] A2、平流層準(zhǔn)靜態(tài)衛(wèi)星基站在指定區(qū)域上空接替衛(wèi)星服務(wù)，當(dāng)前已由衛(wèi)星直接服 務(wù)的業(yè)務(wù)維持狀態(tài)不變，新用戶的業(yè)務(wù)申請(qǐng)由基站受理，并由基站提供接入服務(wù)；
[0010] A3、基站為入網(wǎng)的用戶分配4個(gè)字節(jié)的地址，其中首字節(jié)表示為當(dāng)前基站提供服 務(wù)的衛(wèi)星編號(hào)，第2個(gè)字節(jié)表示當(dāng)前基站編號(hào)，第3、第4個(gè)字節(jié)表示用戶編號(hào)；
[0011] A4、用戶有新的通信需求時(shí)，由用戶在公共信令信道上發(fā)送5個(gè)字節(jié)的傳輸申請(qǐng)， 其中首字節(jié)的前5個(gè)比特表示業(yè)務(wù)類型，后3個(gè)比特表示優(yōu)先級(jí)，第2-5個(gè)字節(jié)表示目的用 戶地址；
[0012] A5、基站接收到用戶的業(yè)務(wù)申請(qǐng)后，根據(jù)業(yè)務(wù)類型、優(yōu)先級(jí)和目標(biāo)用戶地址分配通 信資源；
[0013] A6、用戶根據(jù)通信資源分配方案，在指定的信道上向基站發(fā)送信號(hào)，由基站完成信 號(hào)的后續(xù)傳輸。
[0014] 優(yōu)選的，所述平流層準(zhǔn)靜態(tài)衛(wèi)星基站可以根據(jù)需求部署一顆或多顆。每顆基站具 有一定的動(dòng)力系統(tǒng)，可根據(jù)需求進(jìn)行靈活機(jī)動(dòng)布局，并在工作狀態(tài)時(shí)維持位置相對(duì)靜止。
[0015] 優(yōu)選的，所述的平流層準(zhǔn)靜態(tài)衛(wèi)星基站其通信載荷包括對(duì)星天線及射頻設(shè)備、對(duì) 地天線及射頻設(shè)備、交鏈轉(zhuǎn)發(fā)器、處理轉(zhuǎn)發(fā)器和路由轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。
[0016] 優(yōu)選的，所述的平流層準(zhǔn)靜態(tài)衛(wèi)星基站有緩存加速功能，對(duì)高速多媒體業(yè)務(wù)和大 數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)有高速緩存能力。
[0017] 優(yōu)選的，所述的對(duì)星天線及射頻設(shè)備工作于Ka、Ku或C頻段。
[0018] 優(yōu)選的，所述的對(duì)地天線及射頻設(shè)備工作于Ka、Ku、C、S或L頻段。
[0019] 優(yōu)選的，所述的交鏈轉(zhuǎn)發(fā)器可完成基站對(duì)星、基站對(duì)地不同通信頻段間的信號(hào)變 頻透明傳輸。
[0020] 優(yōu)選的，所述的處理轉(zhuǎn)發(fā)器結(jié)合路由轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備可完成基站對(duì)星、基站對(duì)地不同通 信頻段間的信號(hào)處理傳輸。
[0021] 優(yōu)選的，所述基站與用戶之間的信令格式可以基于地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系或基于 衛(wèi)星專屬協(xié)議體系。
[0022] 優(yōu)選的，所述的通信資源根據(jù)業(yè)務(wù)類型進(jìn)行，當(dāng)業(yè)務(wù)為高帶寬需求類型時(shí)分配交 鏈轉(zhuǎn)發(fā)器資源；當(dāng)業(yè)務(wù)為非高帶寬需求類型時(shí)分配處理轉(zhuǎn)發(fā)器資源。
[0023] 優(yōu)選的，所述的通信資源根據(jù)通信用戶雙方邏輯歸屬進(jìn)行，基站可作為中繼和信 息處理者兩種角色。當(dāng)用戶雙方在同一基站波束覆蓋區(qū)域內(nèi)可為其分配處理轉(zhuǎn)發(fā)器資源； 當(dāng)通信用戶雙方在同一衛(wèi)星波束覆蓋區(qū)域內(nèi)時(shí)可分配基站轉(zhuǎn)發(fā)器資源；當(dāng)通信用戶雙方在 具有星間鏈路的不同衛(wèi)星波束覆蓋區(qū)域內(nèi)時(shí)可分配基站轉(zhuǎn)發(fā)器資源；當(dāng)通信目的用戶在地 面網(wǎng)絡(luò)時(shí)可分配交鏈轉(zhuǎn)發(fā)器資源。
[0024] 優(yōu)選的，所述的通信資源根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行，當(dāng)業(yè)務(wù)為高實(shí)時(shí)需求類型時(shí)優(yōu)先分配 轉(zhuǎn)發(fā)器資源，并在資源緊張時(shí)可占用低優(yōu)先級(jí)用戶資源。
[0025] 優(yōu)選的，基站可以用于受遮蔽區(qū)域覆蓋增強(qiáng)，系統(tǒng)覆蓋區(qū)域增加容量，還可以在原 衛(wèi)星系統(tǒng)未覆蓋區(qū)域增加覆蓋，以及三者的組合。
[0026] 優(yōu)選的，基站可以采用集中資源調(diào)度或自主資源調(diào)度兩種管理模式。集中調(diào)度是 指地面運(yùn)控中心建立資源服務(wù)數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一衛(wèi)星資源，基站資源和用戶注冊(cè)信息。當(dāng)基站接 收到新的業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)，基站需要向地面運(yùn)控中心請(qǐng)求批準(zhǔn)。自主資源調(diào)度是指基站具有自 主分配資源的權(quán)利，當(dāng)收到用戶服務(wù)請(qǐng)求后，根據(jù)本地資源服務(wù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行資源快速調(diào)度 并向地面運(yùn)控中心匯報(bào)登記。集中資源調(diào)度優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)邏輯關(guān)系簡單、維護(hù)方便、安全 性好，缺點(diǎn)在于效率低下、對(duì)地面運(yùn)控中心依賴性強(qiáng)。自主資源調(diào)度優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)傳輸效率 高，缺點(diǎn)是對(duì)基站處理能力要求高，系統(tǒng)容易受到非法用戶攻擊。
[0027] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 1、基站既可作為用戶對(duì)衛(wèi)星的中繼者也可作為用戶服務(wù)的信息處理者。根據(jù)用戶 目的地址的邏輯歸屬，來分別提供不同的服務(wù)。作為中繼的角色提高了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的局 部覆蓋質(zhì)量和覆蓋面積，作為信息處理者的角色提高了通信系統(tǒng)的用戶容量和用戶的QoS 體驗(yàn)。因此，從整體上增強(qiáng)了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信息傳輸。
[0029] 2、所提方案具有很好的可實(shí)現(xiàn)性。相比于地面基站和衛(wèi)星協(xié)同技術(shù)，本方案不需 要與地面移動(dòng)用戶爭奪寶貴的頻率資源和位置資源，技術(shù)也比衛(wèi)星協(xié)同成熟可靠。
[0030] 3、所提方案具有很好的成本優(yōu)勢和靈活組網(wǎng)能力。相比于發(fā)射衛(wèi)星，平流層準(zhǔn)靜 態(tài)衛(wèi)星基站所在位置低（10~50km)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)地靜止衛(wèi)星的高度（36000km)，商用發(fā)射 標(biāo)準(zhǔn)即可滿足需要。發(fā)射靈活，當(dāng)有任務(wù)需要時(shí)，可迅速部署組網(wǎng)。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)體系架構(gòu)示意圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例覆蓋增強(qiáng)示意圖；
[0033] 圖3為